[发明专利]光接收元件、半导体外延晶片、检测装置和制造光接收元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光接收元件、半导体外延晶片和检测装置，其都接收近红外至中红外区中的光，并且涉及制造该光接收元件的方法。

背景技术

近红外至中红外区中的光对应于与诸如植物和动物的生物对象以及环境相关的吸收光谱区。因此，已经进行了在这个波长区中的光检测器的开发。包括由III-V族化合物半导体构成的光接收层的光接收元件已经变成主流。例如，检测器的已知例子包括通过使用扩展型InGaAs作为光接收层而具有扩展至2.6μm波长的响应性的光接收元件阵列（NPL1）。在该光接收元件阵列中，使用与InGaAs光接收层晶格匹配的InAsP作为窗口层。

还已经提出了包括GaSb衬底和设置在GaSb衬底上的光接收层的光接收元件，该光接收层具有II型（InAs/GaSb）多量子阱结构（NPL2）。描述了这个光接收元件具有高达接近12μm波长的响应性。

还已经提出了具有n-B-m（n型层/势垒层/n型层）结构的光接收元件，其中，具有II型（InAs/GaSb）多量子阱结构的光接收层被设置在GaSb衬底上并且势垒层被设置在光接收层的中间（NPL3）。相比于具有p-i-n结构的光接收元件，具有n-B-n结构的光接收元件具有以下优点：由于利用空穴的扩散检测光，因此可以使用于像素隔离的台面蚀刻的深度浅并且可以降低台面结构的侧壁中流动的噪声电流。

引用列表

非专利文献

NPL1：Hideo Takahashi等人，“InGaAs photodetector for near-infrared”（用于近红外的InGaAs光检测器），OPTRONICS（《光电子学》）（1997），第3期，第107-113页

NPL2：Binh-Minh Nguyen、Darin Hoffman、Yajun Wei、Pierre-Yves Delaunay、Andrew Hood和Manijeh Razeghi，“Very high quantum efficiency in type-II InAs/GaSb superlattice photodiode with cutoff of12μm”（截止波长为12μm的II型InAs/GaSb超晶格光电二极管中的极高量子效率），Appl.Phys.Lett.（《应用物理学》），第90卷，231108

NPL3：H.S.Kim、E.Plis、J.B.Rodriguez、G.D.Bishop、Y.D.Sharma、L.R.Dawson、S.Krishna、J.Bundas、R.Cook、D.Burrows、R.Dennis、K.Patnaude、A.Reisinger和M.Sundaram，“Mid-IR focal plane array based on type-II InAs/GaSb strain layer superlattice detector with nBn design”（基于具有nBn设计的II型InAs/GaSb应变层超晶格检测器的中IR焦平面阵列），Appl.Phys.Lett.（《应用物理学》），第92卷，183502

发明内容

技术问题

然而，在NPL1中描述的用于近红外的InGaAs光检测器（图像传感器）中，光接收元件由具有与InP衬底晶格不匹配的组分的InGaAs构成。因此，光检测器的暗电流增加，从而噪声增加。另外，难以实现超过2.6μm的可检测波长。

NPL2中描述的光接收元件的问题是批量生产方面，因为GaSb衬底价格贵并且衬底的质量显著变化。特别严重的问题在于，由于GaSb在中红外区中由于自由载流子而具有光吸收，因此在从GaSb衬底的后表面入射光的结构中，响应性降低，该结构是成阵列像素所必需的。

NPL3中描述的光接收元件具有与NPL2中相同的问题并且在批量生产方面有困难。

本发明的目的在于，提供光接收元件、用于制备光接收元件的半导体外延晶片和检测装置，其都在近红外至中红外区中具有高响应性并且稳定地具有高质量，同时保持经济效率，并且提供制造光接收元件的方法。

问题的解决方案